Когнитивная парадигма по расследованию вмешательства в рабочей памяти по Дистрактионс и прерываний

Резюме

Роман познавательная парадигма разработана для выяснения поведения и нейронные корреляты вмешательства к-быть-игнорируемых дистракторов против вмешательства чтобы быть участие interruptors во время рабочей задачи памяти. В этой рукописи, несколько вариантов этой парадигмы подробно, и данные, полученные с этой парадигмы в младших / старших взрослых участников пересматривается.

Аннотация

Целенаправленного поведения часто нарушена помех от внешней среды, либо в виде отвлечения ненужную информацию, что один попытки игнорировать или прерыванием информацию, которая требует внимания как часть другого (вторичного) цели задачи. Обе формы внешнего вмешательства было показано, что отрицательно влияет на способность поддерживать информацию в рабочей памяти (WM). Новые данные свидетельствуют о том, что эти различные типы вмешательства извне оказывают различное влияние на поведение и может быть опосредовано различных нейронных механизмов. Лучше, характеризующий отличную нейро-поведенческой влияние неуместных отвлечений против присутствовали перерывов имеет важное значение для продвижения понимания сверху вниз внимания, разрешение внешнего вмешательства, и как эти способности деградируют в здоровом старении и в психоневрологических условиях. Эта рукопись описывает новый познавательный парадигму разработанную лабораторию Gazzaley, что имееттеперь преобразован в несколько различных версий, используемых для выяснения поведения и нейронные корреляты вмешательства, по к-быть-игнорируется отвлекающие в сравнении чтобы быть участие interruptors. Подробная информация представлена ​​на вариантах этой парадигмы для исследования помех в зрительных и слуховых механизмов, с различным уровнем сложности стимула, и с экспериментальными времени оптимизирован для электроэнцефалографии (ЭЭГ) или функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ) исследований. Кроме того, данные из молодых и пожилых взрослых участников получены с использованием эта парадигма рассматривается и обсуждается в контексте его отношений с широкими литературы по внешним помехам и возрастных нервно-поведенческих изменений в решении помехи в работе памяти.

Введение

Обширной литературе продемонстрировала ущерба для поддержания информации в рабочей памяти (WM) от помех со стороны внешней среды ^1-9. Внешняя помеха может быть классифицированы на два основных типа; вмешательство неактуальной информации одним намерен игнорировать: отвлечение внимания, и мешающего информации, которая требует внимания как часть другого (вторичного) цели задачи: прерывания. Исследования, сравнивающие эти типы внешнего вмешательства с использованием в пределах-участника дизайн позволяют оценку нервно-поведенческие воздействия цель ориентированных сверху вниз внимания при обработке и разрешению внешнего вмешательства.

Недавно лаборатория Gazzaley разработан парадигму, что облегчает сравнение «чтобы быть участие« перерывов и "чтобы быть проигнорированы" отвлекаться, которые происходят в обстановке задачи рабочей памяти. Новые данные из этой парадигмы предполагает, что эти различные типы добernal помех оказывают различные эффекты на поведение и имеют различные основные нервные механизмы ^2-5,10,11. Эта парадигма выявила различия в внешней обработки помех в нормальном старении ^2,3,4,10,11; хотя старение дефицитов в контексте вмешательства не всегда находятся ^5; Он также выдающиеся механизмы вмешательства от отвлекающих против interruptors использованием высокого уровня визуальной стимуляции граней и сцен ^2,3,4,12, низкого уровня визуального движения точечных kinematograms ^5,10,11, и низкого уровня слуховой движение Частота зачисток ^5.

Внешнее вмешательство и старения

Внешняя помеха вызывает пагубное воздействие на рабочую память на протяжении всей жизни, хотя пожилые люди обладают более негативное влияние, чем молодых взрослых ^2,3,13-18. Пожилые люди также имеют различные паттерны нейронной активности по сравнению с младшей объявлениемULTS при попытке решить эту помех ^3,4,17,21. Тем не менее, некоторые исследования не нашли доказательств для таких возрастных поведенческих ^5,19,20 или нейронная ⁵ различий с помехами.

Интересно, что воздействие старения на решении помехи, кажется, отличаются сенсорной модальности, хотя этот вопрос остается нерешенным в настоящее время. Визуальный intrasensory вмешательство широко показано, обладает возрастное снижение (сведены в обширном обзоре ^22). В отличие от многих эксперименты показывают, нет дефицита, связанные с возрастом во внутри-сенсорный слуховой вмешательства ^19,22-25, в то время как другие исследования показывают, значительные возрастные увеличение слуховой отвлекаемость ^19,22,26-32. Кроме того, заметность мешающих раздражителей (конгруэнтны или несравнимы между кия и зондовых стимулов) ^2, и сложность раздражитель (высокая или низкая нагрузка обработки) ⁵ может взаимодействовать с помехамиобработка и ее различия между целями задач и возраста.

Парадигма описано здесь дополняет старения помех литературу зондирования механизмы сверху вниз внимания (в виде целей групп) и разрешением внешних мешающих раздражителей. Данные из визуального лица и сцены версии этой парадигмы показывает взаимодействие между старением и типа помех, с пожилых людей, демонстрирующих еще большую уязвимость к участвовали interruptors относительно игнорируемых дистракторов ^3,4. Характеризуя поведенческие и нервные различия между этими типами вмешательства важны для понимания, как когнитивный контроль способности изменить со старением.

Почему пожилые люди показывают усугубляется дефицит в решении чтобы быть посещали interruptors? У пожилых людей ухудшается чрезмерной обработки interruptors, когда они представлены, или неспособностью повторно активировать представления основной задачей релевантных сне timuli после перерывов, или при длительном обработки interruptors после того как они больше не присутствует или соответствующий ^33? Для решения этих вопросов, дизайн нынешняя парадигма позволяет для сравнения нейронной активности в моменты времени до, во время и после различных видов помех. Например, сравнивая нейронной активности, вызванную игнорируется отвлечения против деятельности во время перерывов участие, можно установить конкретное воздействие сверху вниз внимания на разрешение вмешательства в оперативную память.

Несколько исследований реализованы несколько вариантов этой парадигмы помех понять нейронные корреляты различных видов внешнего вмешательства и при высокой пространственной и временной разрешающей использованием функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ) и электроэнцефалография (ЭЭГ), соответственно. Эта парадигма была также использована для уточнения важных различий между вмешательства в зрительных и слуховых областей, А также влияние сложности стимула и сравнения на вмешательство. Здесь варианты парадигма подробно описаны.

протокол

Приведенные ниже шаги перечислить, как выполнить этот новый познавательный парадигму, предназначенный для выяснения нервно-поведенческие аспекты внешнего вмешательства на задержки оперативной памяти распознавания, с вариациями, оптимизированных для спаривания с ЭЭГ или МРТ. До начала сбора данных, выполнить все необходимые человека-участники исследования согласований через соответствующие институциональные наблюдательного совета и / или человека участников комитета по рассмотрению.

1. Подготовка

1. Скачать и установить эксперимента презентации программного обеспечения, таких как E-Prime, презентация, или PsychoPy, в соответствии с инструкциями завода-изготовителя, на выделенном стимулом презентации компьютера.
2. Подготовьте подходящий клавиатуру для экспериментальных ответов. Добавить "ДА" и "НЕТ" ярлыки с двумя соседними клавишами (Рисунок 1).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для версий этого эксперимента с использованием МРТ, использовать МР-совместимый клавиатуры.
3. Для слуховых версии этой рaradigm, подготовить наушники, подходящие для тестирования модальности (т.е. ЭЭГ или МРТ-совместимый, если необходимо), в соответствии с инструкциями завода-изготовителя, а также настроить уровень звука для представления на 65 децибел (дБ) уровень звукового давления (SPL), который комфортный уровень для нормальных слуховых лиц.
4. Для экспериментов с пожилых людей, провести предварительные нейропсихологических и сенсорные показы, такие как зрение и слух, чтобы выбрать надлежащим экранированный население исследования.
   1. Neuropscyhological скрининг
      1. Создать нейропсихологические батареи оценки для выявления когнитивных нарушений в пожилом возрасте. Администрирование тесты, целлюлозно-карандаш, или адаптировать батареи для тестирования на компьютере.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Испытания могут также статус экзамен Мини психического (MMSE) ^35, глобальное ухудшение Счет (ГРС) ^36, Калифорния Устное обучение Тест (CLVT) ^37, цифровой ряд ^38,39, Символ Span ^40, буквенно-цифровой последовательности ⁴¹, Делис-Каплан исполнительной системы Функция (D-KEFS) - тропа Создание теста ^42, Контролируемый Слово Ассоциация Тест (COWAT) ^{43, 44.}
      2. Администрирование эту батарею для всех потенциальных участников взрослых. Оценка всех тестов в их соответствующих руководящих принципах оценки.
      3. Если набора для здоровых пожилых людей, исключить потенциальных участников с баллами выше, чем два стандартных отклонения ниже средней численности, или на заказ критерия исключения.
   2. Видение скрининг
      1. Для визуальных экспериментов, экран для нормальной или исправленной к нормальным зрением с помощью предварительную анкету с просьбой ли участников имеют нормальный или исправленный к нормальной видение.
      2. Следить, провести тест-схема видения Snellen и исключить участников без нормального или исправленной к нормальному (20/20 или выше) видения.
   3. Для слуховых экспериментов, экран для нормального слуха:
      1. В предварительном вопроснике, спросите WheРОЧИЕ участники имеют нормальный или исправлены к нормальным слухом, и исключить тех, кто этого не делают.
      2. Следить, получить объективное измерение слуховая чувствительность. Провести оценку аудиометрическое в лаборатории с-одним из нескольких способов:
         1. Использование тестового приложения скрининг потери слуха, таких как «uHear". Использование авто-рассчитываются результаты этого приложения, исключить предметы с слуховая чувствительность за пределами "нормального слуха» диапазоне.
         2. Оценка аудиометрические пороги в 250 - 6000 диапазоне частот Гц в обоих ушах методом восходящих и нисходящих пределов. Лица со средним аудиометрических порогов, превышающих 50 дБ на любой частоте в тестовом любом ухе, означающий умеренный потерю слуха, должны быть исключены

2. Опытно-конструкторское

1. Администрирование задержки распознавания рабочий задачу памяти в трех отдельных состоянии помехс (а четвертый базовый условием нейронных экспериментов) в блочной конструкции (смотри также Рисунок 2 и таблица 1). Повторите каждое условие в два раза, в уравновешивается порядке (сбалансированное латинского квадрата рекомендуется). Обратите внимание, что экспериментальный времени и количество испытаний меняться между вариантами парадигмы; использовать параметры, описанные в таблице 1.
2. Игнорировать Отвлекающие Стимул Условие (DS):
   1. Отображение быстрое участник команды, чтобы помнить кий стимул и игнорировать отвлекающие стимулы, продолжая поддерживать представление кий стимул. Поручить участнику реагировать "да", если зонд стимулом матчей кий стимул или "НЕТ", если зонд не соответствует стимул.
   2. Представьте кий стимул, сразу после короткой задержки (Delay 1).
   3. Дисплей мешающую '' дистрактор стимул, сразу за которым следует второй короткой задержки (Delay 2).
      ПРИМЕЧАНИЕ:Участник не должен (не должны) взаимодействовать с дистрактор стимула.
   4. Подарите зонд стимул и собирать ответы.
3. Посещайте Прерывание раздражитель (второстепенной задачей) Условие (IS):
   1. Отображение быстрое участник команды, чтобы помнить кий стимул и завершить среднее задачу с помощью помехи стимул, который появляется после этого. Инструкции Показать завершить среднее задачу следующим образом: "нажмите кнопку, только если прерывания стимула соответствует набор критериев дискриминации". Поручить участнику реагировать "да", если зонд стимулом матчей кий стимул или "НЕТ", если зонд не соответствует стимул.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Критерии дискриминации отличаются для каждого варианта парадигмы и описаны в следующем разделе.
   2. Представьте кий стимул, а затем сразу же небольшой задержки (Delay 1).) Представить помехи '' прерыватель стимул Aй сбора ответов на вторичном (дискриминация) задачи. После, представить второй короткую задержку (Delay 2).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Комплектующие вторичного задачи требует внимания к «прерывателя».
   3. Подарите зонд стимул и собирать ответы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Десять процентов испытаний являются вылов испытания, в которых прерыватель соответствует критериям дискриминации; дополнительные испытания (10%) в этом блоке, чтобы компенсировать отброшенных испытаний. Исключить все испытания улов нейроанализа из-за искажающего двигательной реакции.
4. Никаких мешающих Стимул Условие (NI):
   1. Отображение строки инструктаж участника вспомнить реплику стимул и держать его в уме. Поручить участнику реагировать "да", если зонд стимулом матчей кий стимул или "НЕТ", если зонд не соответствует стимул.
   2. Представьте кий стимул, сразу следуют с задержкой. Дисплей центральную крест фиксации на пустой сCreen во время задержки.
   3. Подарите зонд стимул и собирать ответы.
5. Базовый / Пассивный Вид (или слушать) Состояние (только для нейронных экспериментов) (PV / PL)
   1. Включить пассивно-просмотр / прослушивание состояние во время нейровизуализации задачи для того, чтобы рассчитать 'повышение' и '' подавления нейронной активности во ЕСТЬ / DS условия относительно базового деятельности, когда участники пассивно просмотра (/ слушать) рабочую память и препятствующие стимулы, свободным от целей задач. (Таблица 2).
   2. Отображение быстрое участник команды, чтобы пассивно зрения (/ слушать) все визуальные (/) слуховые раздражители задач. Инструкции Показать завершить простую задачу дискриминации.
      1. Для визуальных задач, инструктировать участника, чтобы нажать кнопку, соответствующую направлению отображаемого стрелкой (влево или вправо).
      2. Для слуховых задач, поручить участника нажать кнопку, соответствующую частотеДиапазон легко discriminable высокой (2 кГц) или низкой (0,5 кГц) Частота развертки звук (высокий или низкий).
   3. Последовательно присутствует или отображения кий стимул, задержка 1, препятствуя стимул, и задержка 2.
   4. Представьте стрелу (визуальный или звуковой) развертки (слуховой) вместо зонда стимула и собирать ответы как участник завершает простую задачу дискриминации (описано выше).

3. Стимулы

1. Общая подготовка раздражителей

1. Выберите набор стимулов от категории, описанные ниже (см также рис 2 и таблицу 1).
2. Тщательно решить, пару стимулы основной работы задач памяти с тематически сравнимых или неконгруэнтных мешающих раздражителей (см примечание ниже).
3. Убедитесь, что все изображения размера или повторно размера 225 пикселей в ширину и 300 пикселей в высоту (14 х 18 см).
4. Нынешние изображения foveally, стягивает 3 градуса визуальной англе от фиксации.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для МРТ экспериментов, использовать помех стимулы Неконгруентно с первичными раздражителями задач рабочей памяти, например, лица помех во время сцены рабочей памяти или наоборот. Для точного локализовать лица и сцены конкретных сенсорных областей коры, применить МРТ радиомаяка задачу до эксперимента рабочей памяти. Затем, в течение помех парадигмы, использовать эти сцены и сталкиваются селективных областях коры одновременно разобрать динамики нейронной активности в рабочие реплика памяти раздражители (например, сцены) и к неконгруэнтных помех раздражители. (Например, лица)

2. высокого уровня зрительных стимулов

1. Для лица стимулов, подготовить несколько сотен стимулы Cue / зонд лицо от серого фотографии мужских и женских лиц, с нейтральным выражением, по большому диапазону взрослых возраста. Удалить волосы и уши в цифровом виде, и применить размытие по контурам лица.
2. Для раздражители сцены, подготовить несколько Hundкрасные Cue / зонд сцены стимулы из серого фотографии природных сцен.
3. После задержки 1, представить помехи стимул, состоящий из сцены или лица. На 90% испытаний, представляют собой лицо, которое не является "мужской и в возрасте старше 40 лет"; с другой 10% испытаний, представляют лицо, которое мужчина и в возрасте старше 40 лет.
4. Для "Посещайте перерыва" состояние, поручить участникам заполнить следующую задачу с помощью вторичного мешающего стимул (подарил между кием и зонда). Попросите участников ответить "да", если прерывания лицо мужского пола и возраста более 40 лет.

3. Низкий уровень Визуальный движения Стимулы

1. Создать Cue / зонд стимулы круглого отверстия, содержащего 290 пространственно-случайные точки масштабные серые (0.08 х 0,08 градусов градусов каждый), которые колеблют 8 градусов угол зрения на расстоянии 75 см смотровой, с центром в фовеа.
2. Показать перемещения точки с 100% Cohere движениясть под косым углом 10 градусов в секунду, в один из 12 различных направлений движения (3 в каждом секторе).
3. Используйте адаптивную процедуру лестница порога (с шагом 2 степень), чтобы установить визуальный значение дискриминации уступая только под 100% точность, так что порог дискриминации достигается при первом испытании ошибок.
4. После задержки 1, представить помехи стимул, состоящий из точек в против часовой стрелки круговыми движениями. Рендер это движение в «нормальной» скорости (10 градусов в секунду) на 90% проб, и быстро на другой 10% испытаний.
5. В присутствовать на прерывания состояние, поручить участникам заполнить следующую задачу вторичного: ответить "да", если прерывания водоворот быстро.

4. Низкий уровень слуховой движения Стимулы

1. Создать Cue / Probe стимулов звуковых зачисток движения по всей диапазоне частот с середины частот, выбранных случайным образом между 900 и 1100 Гц. ПостроитьЧастоты развертки звуковые движения, чтобы начать на ± 0,5 октав, начиная с середины-конца и частотой в 0,5 ± октав, начиная с середины-частоты.
2. Представьте равные части «вверх» (начиная с -0.5 и заканчивая 0,5 октавы) и "вниз" (начиная с 0,5 и заканчивая -0,5 октав) развертки движения стимулы.
3. Регулировка громкости до комфортного уровня слуха 65 дБ SPL.
4. Выбор порога: использовать адаптивный процедуру Zest установить точность слуховой дискриминации в 85% корректной работы.
5. После задержки 1, представить помехи стимул, состоящий из одного тона. Играть тон частотой 2 кГц на 90% проб, и тон 2.3 кГц на другой 10% испытаний.
6. В присутствовать на прерывания состояние, поручить участникам заполнить следующую задачу вторичного: отвечать, если прерывания тон является высокая частота кий (2,3 кГц).

5. Зонд Стимулы

1. Для всех WM задач, убедитесь, что50% зондовых стимулов соответствовать кий.
2. В задачах движения низкого уровня с порогами уровня дискриминации 5,10,11, установите 50% зонда стимулов, которые не соответствуют кий, чтобы отличаться от кия по абсолютному значению пороговой уровня дискриминации стимулом участника.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Например, если порога устанавливает уровень визуального различения участника будет 10 градусов, пара визуальный сигнал движения перемещения на 45 градусов зонд движется либо 45 градусов (матч на 50% испытаний) или 45 ± 10 градусов (35 или 55 градусов; каждый не-ссылок на 50% испытаний).

4. Сравнение с помехами Условия

1. Использование статистического программного обеспечения, такие как SPSS, для сравнения поведенческие характеристики и нейронную активность у важных временных точках до, во время и после различных видов помех.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторые руководства онлайн обеспечить шаг за шагом инструкции и скриншоты, описывающие, как использовать и управлять простой STATISTICAл анализы в SPSS.
   1. Рассчитать влияние отвлекающих факторов в сравнении с перерывами на поведенческой производительности контрастные точность рабочей памяти и время отклика в условиях помех по отношению к производительности во время не в состоянии помех (рис 4). Например, парные Т-тесты могут быть использованы для сравнения точности или RT между любыми двумя помех (или базовых) условиях.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Перед сравнений т-тестов между двумя конкретными условиями задачи, а повторные меры ANOVA рекомендуется сравнивать по всем условиям труда памяти в парадигме.
   2. Для исследований нервно-изображений, предварительная обработка и обрабатывать данные по соответствующему pipline для модальности и мер, представляющих интерес.
      1. Для исследований ЭЭГ, ЭЭГ данных процесс с EEGLAB или пакет программного обеспечения выбора, используя программные инструкции и рекомендовал поток обработки.
      2. Для исследований МРТ, МРТ процесс данные с программного обеспечения PACKage выбора (например, как Afni, SPM, FSL, и т.д.), с помощью программных инструкций, и рекомендовал поток обработки.
   3. Для оценки нервной активности модуляции как следствие вмешательства во время рабочего памяти, статистически противопоставить нейронных данные в этих условиях нейронной активности при пассивном зрения (/ слушать) условия, контролируя таким образом для основной обработки восприятия (рисунок 4).
      1. Рассчитать измерения, такие, что положительное значение всегда указывает на большую повышение выше базовой линии или большей подавления ниже базового уровня. Для P100, рассчитать нейронной подавление путем вычитания количественных нейронной активности в отвлекающий раздражитель (DS) от навеяна пассивно смотреть стимула (PV) (т.е. PV - ДС). Рассчитать повышение в МРТ путем вычитания количественных BOLD активности с базовым пассивно смотреть стимул от того вызвали на прерывания стимула (IS) (т.е. IS - П.В.).
   4. Статистически сравнивать нервные модуляции, вызываемые игнорируемых отвлекающих против деятельности во присутствовали перерывами, чтобы начать, чтобы установить конкретное воздействие сверху вниз внимания на решение различных типов помех в рабочей памяти.

Результаты

Это вмешательство парадигма позволила поколение важных выводов относительно отдельного поведенческого воздействия и нейронных механизмов отвлечения и прерывания на рабочую память в младших и старших взрослых (см Таблицу 2 резюме).

Поведение. Поведе?...

Обсуждение

Роман познавательная парадигма показали эффективность в расследовании рабочий помех памяти по отвлекающих и перерывов. Эта парадигма, и некоторые его варианты, расширяя его использование по сенсорных модальностей, уровня сложности стимул, и методы визуализации, подробно.

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Computer for stimulus presentation	Dell	Optiplex GX620	hardware/software requirements will vary based on stimulus presentation software
Cathody Ray Tube (CRT) monitor	ViewSonic	G220fb	21"; recommended due to its superior latency relative to that of LCD monitors in displaying visual stimuli; chair should be positioned 75 cm away
E-Prime software	Psychology Software Tools, Inc.	E-Prime 2.0 Standard	a different experimental presentation software can be used in place of E-Prime (e.g. Presentation (Neurobehavioral Systems), or PsychoPy (open-source); E-Prime and Presentation are compatible with Microsoft Windows, PsychoPy is compatible with Microsoft Windows, Mac OS X, and Linux)
Keyboard/response pad for Behavioral or EEG experiments	Keyboard: Razer; Response Pad: Cedrus	Keyboard: BlackWidow Ultimate; Response Pad: RB-830	any standard computer keyboard is acceptable, though response pads may offer more precise timing (ie: Cedrus RB-830 guarantees 1 ms resolution)
Keyboard/response pad for MRI experiments	Curdes	Package 904	ensure that keypad is MR-compatible
Headphones (for auditory behavioral experiments)	Koss	UR29
EEG-compatible Headphones (for auditory EEG experiments)	Etymotic	ER3-50; ER3-21; ER3-14A
MRI-compatible Headphones (for auditory MR experiments)	Etymotic	SD-AU-EAER30